Донный режим сопряжения бьефов плотин на нескальном основании

Наиболее эффективное гашение энергии потока воды при донном режиме происходит в затопленном прыжке, который образуется при условии превышения глубины в нижнем бьефе сооружения tнад второй сопряженной глубиной гидравлического прыжкас некоторым запасом, т. е..

Вторая сопряженная глубина определяется по зависимости:

,

где — первая сопряженная глубина, высота сжатого сечения потока на сходе с плотины.

Создание условий в нижнем бьефе, при котором будет иметь место затопленный прыжок является важной задачей гидравлического расчета плотин поскольку именно при таком прыжке погашается до 60 ÷ 65 % полной энергии потока.

В случаях, когда глубина нижнего бьефа недостаточна для затопления прыжка ее повышают искусственно путем устройства водобойного колодца или водобойной стенки, а также их комбинации.

а	б

Рис. 3.7. Устройство в нижнем бьефе плотины водобойного колодца (а) и водобойной стенки (б)

Водобойный колодецустраивается сразу непосредственно за сооружением, при этом его глубина определяется по зависимости, а длина —, где— длина прыжка, равная.

Вместо водобойного колодца иногда устраивают водобойную стенку, высота которой подбирается такой, чтобы глубина воды перед стенкой с некоторым запасом была не менее второй сопряженной глубины, т. е..

Необходимо отметить, что расчетная глубина в нижнем бьефе сооружения принимается, как при паводковых расходах, так и в меженный период, поскольку в связи с трансформацией потока при различных уровнях и расходах могут быть различные условия для возникновения того или иного прыжка.

Сопряжение бьефов с отбросом струи для плотин на скальном основании

Гидравлический расчет сопряжения с отбросом струи сводится к выбору отметки носка и его очертания, отвечающих максимальной дальности полета струи, а также в определении зоны размыва и наибольшей возможной ее глубины (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Схема отброса струи в нижний бьеф с водосбросной плотины

Расстояние до центра воронки размыва можно определить по дальности полета струи:

,

(3.1)

где — скорость потока на сходе с носка,(=0,90 ÷ 0,95 — скоростной коэффициент,— условно принимается как расстояние от горизонта верхнего бьефа до носка);

— угол наклона носка к горизонту,=10 ÷ 30°;

— высота уступа.

Для определения оптимальной длины отброса струи строят кривые дальности полета струи в зависимости от высоты носка для различных углов наклона в рекомендуемых пределах. При этом высоту уступа задают, начиная от максимального уровня нижнего бьефа.

Из графика 3.9, построенного по зависимости (3.1), можно увидеть, что дальность полета струи значительно возрастает с увеличением угла наклона, а влияние высоты уступа уменьшается при увеличении угла наклона носка. Можно отметить, что наибольшая дальность полета струи получается при наибольшем наклоне, а высота уступа по возможности намечается на 1 ÷ 3 м выше максимального уровня воды нижнего бьефа.

Рис. 3.9. Пример построения семейства графиков

Вторая часть гидравлического расчета состоит в определении размеров воронки. Проф. А. Н. Патрашев, рассматривая вертикально падающую струю, получил для несвязного грунта следующую зависимость:

,

где — расчетный удельный расход воды на водосливе;

— напор на плотину, исправленный на скорость подхода к гребню плотины;

— диаметр зерен грунта, меньше которых содержится 90 % по весу, мм.

При определении эквивалентной крупности грунта для скальных оснований можно придерживаться следующей последовательности:

1. Определить неразмывающую скорость грунта (Справочник по гидротехнике. М.: ВНИИ Водгео.— 1955 г.);

2. Считая, что размывающая скорость снижается при ударе струи под некоторым углом (25 ÷ 30°) к поверхности воды, определяют ее новое значение:

3. По принятой неразмывающей скорости определяют эквивалентную крупность несвязного грунта, соответствующую данной скорости.

После определения глубины воронки, задавшись величиной заложения откоса в пределах (2 ÷ 3), определяют расстояние от края воронки размыва до сооружения. Минимально допустимым предварительно можно считать расстояние 1,5B, гдеB— ширина плотины по основанию. Для принятия окончательного решения необходимо выполнить серию расчетов сооружения на глубинный сдвиг с заданными габаритами воронки размыва.